המנוע הדינאמי הליניארי שנע במסלול סגור

מאת: אסף ברגר, Beckhoff Automation. מערכת ההינע (eXtended Transport System) מבית Beckhoff מציעה רמות חופש חדשות לחלוטין בהנדסת מכונות. היא משלבת את היתרונות של מערכות ההינע הרוטציוניות והליניאריות שנוסו ונבדקו ומייצגת מערכת הינע שמרחיבה את עיקרון המנוע הליניארי הקונבנציונאלי: XTS הוא מנוע ליניארי הנע במעגל. המנוע משולב במלואו עם אלקטרוניקת הספק ומדידת מיקום במכלול אחד. ניתן להזיז באופן דינאמי ביותר מוביל (mover) אלחוטי אחד או שניים עד 4m/s בנתיב שרירותי וגמיש כמעט לחלוטין. ה-XTS הקומפקטי יוצר מהפיכה בעולם טכנולוגית ההינע ומאפשר רעיונות מכונאות חדשים לחלוטין וחסכוניים בּֽמַקום.

XTS היא מערכת מכטרונית שלה רק מספר רכיבים שונים המכילה את כל הפונקציות הנדרשות לשם תפעול:
– מנוע ליניארי מודולארי משולב במלואו בעל אלקטרוניקת הספק ומדידת מיקום במכשיר אחד
– מוביל (mover) אחד או יותר – החלקים הנעים
– מערכת מסילות
– מחשב תעשייתי בעל תוכנת בקרה TwinCAT

ההנדסה, האורכים והרדיוסים המבוקשים עבור מערכת ההינע נוצרים על ידי מספר רכיבים מודולאריים. כבר אין צורך במערכת כבלים ובשרשראות גרירה מורכבות. בנוסף, מערכת מדידת המיקום כבר משולבת.
מערכת XTS מאפשרת ניצול מרבי של הרישום בשטח של המכונה, מאחר והתנועה המעגלית יכולה להיות בשני הכיוונים כמו גם לאורך עיקולים לשם העברת חומר בצורה אקטיבית. בדרך זו תחסוך לא רק בחומרה, אלא אף בחלל ייצור יקר. דיוק מרבי במיקום מושג במהירויות של עד
4m/s.
כל רכיבי XTS מפותחים ומיוצרים על ידי Beckhoff בגרמניה. בשילוב עם תוכנת האוטומאציה TwinCAT וטכנולוגית בקרה מבוססת מחשב, Beckhoff מציעה את פיתרון ההינע המלא.

עיקרון המנוע הליניארי החדש
כמעט שאין גבול לאפשרויות השימוש ב-XTS: המובילים יכולים להאיץ, לבלום, למקם ולהסתנכרן; הם יכולים לקבל מיקומים אבסולוטיים יחסית האחד לשני; הם יכולים לקבץ את עצמם בקבוצה ולהצטבר; הם יכולים ליצור כוחות הידוק בתנועה; הם יכולים להחזיר אנרגיה באמצעות משובי בלימה ולהשתמש בשני כיווני התזוזה למטרות הובלה. והכול עם בקרת מיקום מדויקת ללא תנודות, ללא רתיעה, ללא עייפות החומר, למעשה ללא בלאי – וללא תחזוקה בעלות מוגברת.
עיקרון מנוע ליניארי חדש זה מאפשר את צמיחתן של אפשרויות חדשות לחלוטין בטכנולוגית ההינע:
מאפייני המנוע הליניארי בנתיב אין-סופי
כל מספר מבוקש של מובילים בנתיב משותף
מבנה מודולארי, התאמה פשוטה ליישום
דרישות מרחב והספק נמוכות
יישום פשוט של מטלות הובלה תובעניות
הנדסת פרויקט והוצאות הרכבה נמוכות

מערכת ההובלה הליניארית XTS מאפשרת הובלת מוצר פרטנית עם זרימת חומר מתמשכת. בשל נפח המבנה הנמוך ניתן להגביר את היעילות ולהקטין משמעותית את גודל המכונה.

רכיבי מערכת XTS
מערכת ה-XTS היא פשוטה, וניתנת לאפיון בצורה מודולארית: מודולי המנוע יוצרים יחידה בעלת מסילות ומובילים. הם מכילים את הסלילים האלקטרומגנטיים ואת כל הפונקציות הפועלות הנדרשות לשם תפעול המערכת.

מודל המנוע XTS
המנוע הליניארי המשולב במלואו בעל אלקטרוניקת הספק ומדידת מיקום מייצגים יחידה מכטרונית. הוא מכיל סלילים אלקטרומגנטיים ואת כל הפונקציות הפעילות האחרות הנדרשות לשם תפעול המערכת. נדרשים רק אספקת חשמל וחיבור EtherCAT. כבר אין צורך בארון בקרה. מודול המנוע אינו מכיל חלקים נעים ועל כן אינו מתבלה. סידור הסלילים והעיצוב המכאני מוגדרים מראש. אלקטרוניקת ההספק מכוילת לדרישות XTS. שילוב של מדידת המיקום מוריד את הצורך בהתקנה ובכיול נוספים. מגנטים מוצבים מעל לחבילת סלילים משני הצדדים. כוחות המשיכה הגבוהים של המגנטים מבטלים זה את זה, כלומר רק כוחות שקולים נמוכים פועלים על המסבים המכאניים.

מסילות ה-XTS
ניתן להרחיב את מערכת המסילות באמצעות חלקים ישרים ומעוקלים כפי שנדרש. ההנדסה, האורכים והרדיוסים המבוקשים נוצרים לפי מספר ובחירת הרכיבים. שילוב של משטח המגע של גלגליות המובילים יוצר מאפייני הרצה טובים של המערכת ובלאי נמוך. אין צורך בסיכוך המערכת. מערכת המסילות מיועדת להתקנה בן-רגע על מודול המנוע. סיבולת ייצור מינימאלית וגלגליות מתוחות מראש מבטיחות אפס רתיעה. לפסים המלווים אין חיבורים והם זמינים באורכים של עד 6 מ’. האביזרים מבטיחים הרכבה בדיוק גבוה.

מוביל ה-XTS
המוביל מכיל לוחות מגנטיים שיחד עם הסלילים של מודול המנוע, יוצרים כוח הינע מבוקר. המוביל סופג את כוחות המשיכה של המגנטים משני הצדדים ובגדול מפצה עבורם למול מנגנון הליווי. כך יכולה גלגלת המוביל לרוץ במהירות גבוהה בפס המלווה עם בלאי נמוך. הגלגליות מצוידות במשטח מגע מפלסטיק חסון במיוחד, וכתוצאה מכך ישנם הפסדים נמוכים כתוצאה מחיכוך. מתיחת הגלגליות מונעת רתיעה ובאותה העת מיועדת לבלאי נמוך. תקופת השירות של הגלגליות תלויה במטען ההכנסה. דגלון האנקודר הרובוסטי המותקן מכאנית מעביר את אות המיקום למודול המנוע.

המוביל פאסיבי לחלוטין. אין כל מגע או כבל המחליקים אל החלק הנע. במשקל של פחות מ-350 גרם, המוביל קל במיוחד. אורכו הקצר מאפשר מרחק מוצר של עד 50 מ”מ. ההנדסה של הפסים המלווים מאפשרת הינע בעיקולים עם דינאמיקה מלאה. לא נוצר חום על המוביל או בתוכו.
יתרונות והטבות מרובות באמצעות XTS
קונפיגורציה מדויקת לחלוטין
XTS מתאימה במדויק לדרישות היחסיות: המספר השרירותי של המובילים, נתיב הליווי המודולארי, יכולת הבקרה הפרטנית של כל מוביל וקלות השילוב לתוך מכונות ומערכות קיימות כדי להבטיח פיתרונות מותאמים אישית כדי להפיק את המרב מיעילות הייצור של המכונה.

מהירות ייצור מוגברת
עם XTS ניתן להשיג מהירות של עד 4m/s – ללא טלטולים ועם דיוק מרבי במיקום. ניתן להשיג סנכרון, עצירה והתחלה בכל אחת מהתחנות לאורך כל הנתיב. בנוסף לכך תגובה רגישה; פרופילי האצה נטולי טלטול מאפשרים אפילו את העברתם של מכלים פתוחים המכילים נוזלים. אפילו אם נדרשות עצירות והתחלות בתחנות עבודה, זרימת המוצר נשמרת.

נפח התקנה מופחת
XTS מאפשרת שימוש מלא בנפח המכונה, מכיוון שניתן להשתמש בנתיב החוצה וחזרה כמו גם בעיקולים לשם העברת חומר פעילה. בדרך זו תוכלו לא רק לחסוך בחומרה, אלא אף בחלל ייצור יקר. אלקטרוניקת הספק, מדידת מיקום, חלק מנוע מרכזי ומשטחי הרכבה משולבים ברכיב יחיד. כך עומדת המערכת בכל דרישות הסף למבנה מכונה קומפקטי ויעיל מבחינת עלות.

בלאי מועט, נדרשת פחות תחזוקה
השימוש ב-XTS מוביל לפחות בלאי מכאני, מאחר שרק המוביל זקוק למסבים מכאניים. כבר אין צורך בגיר, ברצועות, בגלגליות מלוות ובמהדקים. בזכות דיוק המיקום הגבוהה, אין צורך בפיצוי עבור אי דיוקים כמו בפתרונות הובלה רגילים: אין מתיחה של שרשראות בשל עומס ובלאי, מתיחה מחדש של רצועות בעלות שיניים או רתיעה מכאנית במהלך שינויי עומס. חוץ ממטען ההכנסה, רק מסה קטנה של המוביל (> 350 ג’) מונעת.

התאמה מהירה וגמישה של הפורמט
התאמת פורמט רב תכליתית היא יתרון משמעותי, במיוחד בתעשיית האריזה: במהלך שינוי מוצר או שינוי כמות מילוי, למשל, ניתן לשנות את הפורמט מבלי לעצור את הייצור. שינויים מיושמים על ידי שינוי פרמטרים בתוכנה. ניתן לשמור ערכים אמפיריים כסט פרמטרים ולהשתמש בהם בכל עת. ניתן להחליף את הפרמטרים בין יישומים מאותו הסוג. במקרים רבים ניתן לוותר על התאמה מכאנית כאשר מזוודים.
כוחות שיא והאצה מהירה
עיבוד האות המהיר ורוחב הפס הגדול של EtherCAT, ה-Fieldbus המהיר ובזמן אמת של האתרנט, מאפשר את מיטב המאפיינים הדינאמיים. יחד עם כוחות שיא גדולים, האצה מהירה זמינה עבור היישום. ניטור של פיגור במיקום מונע נזק למוצר במקרה של תקלה מכאנית. בנוסף, הגבלת כוח והפחתת טלטול מאפשרים טיפול מיטבי במוצר בכל עת ובנקודות שונות בייצור. למשל, ניתן לשנות את הפרמטרים לפי רמת המילוי בעת תנועה.

מסה נמוכה יותר, בטיחות מוגברת
מסות נמוכות מובילות לפוטנציאל סיכון נמוך. בניגוד למערכת ה-XTS, צריך לשמור על שרשרת הובלה נעה באמצעות הינע מרכזי. על כן, הכוח הכולל הוא בגודל כל הכוחות הפרטניים הנדרשים לאורך כלל האורך. מכאן שסך כל הכוח יכול להשפיע בנקודה יחידה במקרה של טעות, תקלה מכאנית או התערבות ידנית בתהליך. עם XTS ניתן לצמצם סיכון זה משמעותית ולהגביר את הבטיחות, מאחר שברוב המקרים רק הכוח המבוטא בפרמטרים של המוביל פועל. כתוצאה מכך, אפילו במקרה של התנגשות במכשול, רק המסה של המוביל ומטען ההכנסה שלו פועלת.

אזורי יישום עבור XTS
ניתן להשתמש ב-XTS במגוון דרכים שונות בתעשיות המגוונות ביותר. היא אידיאלית לטיפול בחומרים במהירות גבוהה:
דחיפת מוצר, התאמת ריווח מוצר, הפחתת או העלאת מהירות מוצר
הידוק והזזת מוצר
העברת ופריקת מוצר
מניפולציה של המוצר: הרמה החוצה, סגירה, סיבוב, הברגת מכסה
זרימת מוצר חריגה מבודדת ומועברת במרווחים קבועים ובמהירות קבועה לתחנת העבודה הבאה.
המוצרים נאספים ומועברים מתחנת עבודה אחת לבאה. אם המסילות בין התחנות פנויות, המוצרים מועברים במהירות גבוהה. אחרת, המוצרים מתקרבים ליעד בחוצץ נע. בתחנות עיבוד איטיות ניתן לעבד מוצרים בקבוצות מקבילות. תחנות מהירות מעבדות מוצר אחד בכל פעם. תמיד ניתן להשתמש בתנועת ההחזרה באופן פעיל.